Vì vậy, một MCCB có dòng định mức lớn hơn dòng motor vẫn có thể nhảy lúc khởi động nếu ngưỡng tức thời quá thấp hoặc đường cong nhiệt không cho phép thời gian tăng tốc. Ngược lại, tăng dòng MCCB quá nhiều để “né” dòng khởi động có thể làm giảm độ nhạy bảo vệ. Cách chọn đúng là xác định vai trò của MCCB trong sơ đồ bảo vệ, rồi kiểm tra lần lượt dòng tải, đặc tính khởi động, đường cong tác động và khả năng cắt.
Một MCCB cho động cơ chỉ nên được chốt khi đồng thời vượt qua ba kiểm tra: mang được dòng làm việc liên tục của động cơ trong điều kiện lắp đặt thực tế; không tác động ngoài ý muốn trong toàn bộ quá trình khởi động; và cắt được dòng ngắn mạch dự kiến tại vị trí lắp. Chọn theo một hệ số duy nhất, chẳng hạn lấy dòng MCCB bằng 1,25 hoặc 1,5 lần dòng motor, chỉ có thể dùng như bước sàng lọc sơ bộ nếu một tài liệu thiết kế cụ thể cho phép, không phải quy tắc chung.
Điểm cần phân biệt là các ký hiệu dòng trên MCCB không cùng ý nghĩa. Dòng khung hoặc dòng định mức của thiết bị cho biết khả năng mang dòng của thiết bị; Ir thường là ngưỡng tác động lâu dài hoặc vùng cài đặt liên quan đến quá tải; Ii hoặc Im là ngưỡng tác động tức thời/ngắn mạch tùy loại trip unit. Vì thế, việc thấy “MCCB 40 A” chưa cho biết nó sẽ phản ứng thế nào trước một xung khởi động 180 A trong vài giây.
Logic chọn có thể viết gọn thành ba điều kiện:
1. Dòng làm việc liên tục phải nằm trong khả năng mang tải và dải cài đặt phù hợp của MCCB
2. Điểm làm việc (Istart, tstart) phải nằm trong vùng MCCB không tác động, kể cả xét ngưỡng tức thời và dung sai của đặc tính
3. Khả năng cắt của MCCB tại đúng điện áp sử dụng phải phù hợp với dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp; Icu là thông số chính cần đối chiếu với mức sự cố cực đại, còn Ics cho biết khả năng cắt phục vụ cần cân nhắc theo yêu cầu vận hành sau sự cố
Nếu một trong ba điều kiện chưa đạt, tăng hoặc giảm cấp ampere một cách đơn thuần chưa chắc giải quyết đúng nguyên nhân.
Giá trị ưu tiên để chọn bảo vệ là dòng định mức trên nhãn động cơ hoặc datasheet tại đúng điện áp và kiểu đấu dây. Dòng này đã phản ánh đặc tính thực tế của động cơ tốt hơn việc suy ra trực tiếp từ công suất kW. Hai động cơ cùng công suất cơ có thể có dòng định mức khác nhau do hiệu suất, hệ số công suất, điện áp và thiết kế khác nhau.
Khi chưa có dòng trên nhãn, có thể ước tính dòng của động cơ ba pha từ công suất cơ đầu ra:
Iđm ≈ P / (√3 × U × η × cosφ)
Trong đó P tính bằng W, U là điện áp dây, η là hiệu suất và cosφ là hệ số công suất. Với động cơ 15 kW, 400 V, giả sử η = 0,90 và cosφ = 0,85, dòng ước tính là:
Iđm ≈ 15.000 / (1,732 × 400 × 0,90 × 0,85) ≈ 28,3 A
Con số 28,3 A chỉ là giá trị thiết kế ban đầu. Khi có nameplate, phải dùng dòng nameplate để kiểm tra lại vì sai khác vài ampere có thể ảnh hưởng đến dải chỉnh Ir, rơle quá tải và lựa chọn cấp MCCB kế tiếp.
Dòng khởi động không nên được xử lý như một con số cực đại duy nhất. Một lần mở máy có ít nhất hai đặc điểm cần xét: biên độ dòng và thời gian tồn tại. Khởi động trực tiếp thường tạo dòng cao trong thời gian tăng tốc; khởi động sao–tam giác, soft starter hoặc biến tần làm thay đổi cả mức dòng lẫn dạng thời gian. Tải quán tính lớn cũng có thể kéo dài thời gian tăng tốc dù dòng cực đại không đổi nhiều.
Với dữ liệu động cơ, có thể biểu diễn sơ bộ Istart = k × Iđm, trong đó k phải lấy từ datasheet, thử nghiệm hoặc dữ liệu của phương án khởi động. Nếu chưa có dữ liệu và buộc phải dùng một tỷ số kinh nghiệm để tính sơ bộ, phải coi đó là giả định cần xác minh, không dùng để chốt thiết bị.
Sau đó kiểm tra MCCB theo hai cơ chế khác nhau. Thứ nhất là vùng tác động lâu dài/ngắn hạn: tại dòng khởi động Istart, thời gian tác động của MCCB phải dài hơn thời gian khởi động thực tế với một khoảng dự phòng phù hợp. Có thể diễn đạt điều kiện này là:
ttrip(Istart) > tstart
Thứ hai là vùng tác động tức thời. Ngưỡng Ii/Im phải cao hơn đỉnh dòng khởi động mà MCCB thực sự nhìn thấy, kể cả thành phần xung rất ngắn và dung sai của thiết bị. Nếu chỉ so Ii với dòng khởi động trung bình, MCCB vẫn có thể tác động ngay ở thời điểm đóng điện.
Đây là lý do phải dùng đường cong thời gian–dòng của đúng trip unit. Nếu động cơ có dòng khởi động 6 lần dòng định mức trong 4 giây, câu hỏi không phải chỉ là “MCCB bao nhiêu ampere?”, mà là đường cong của MCCB ứng viên có cho phép điểm 6× dòng động cơ tồn tại 4 giây mà không trip hay không. Với tải khởi động nặng, phép kiểm tra thời gian này quan trọng không kém ngưỡng từ tức thời.
Sau khi có Iđm, Istart và tstart, mới chọn frame và trip unit. Frame phải có khả năng mang dòng liên tục trong điều kiện nhiệt độ, kiểu lắp và hệ số suy giảm thực tế; đồng thời dải chỉnh phải cho phép đặt các ngưỡng bảo vệ theo đúng vai trò của MCCB. Không nên chọn frame lớn rồi giả định rằng mọi ngưỡng tác động cũng tự động phù hợp.
Nếu trip unit của MCCB được thiết kế để bảo vệ động cơ cả quá tải lẫn ngắn mạch, dải Ir phải bao phủ dòng định mức của motor và được cài theo yêu cầu bảo vệ của động cơ, không chỉ theo dòng khung. Sau đó phải kiểm tra đường cong tại Istart và tstart để chắc rằng cài đặt quá tải không cắt mất một lần khởi động bình thường.
Ii/Im cũng cần đặt đủ cao để vượt qua đỉnh khởi động dự kiến nhưng không cao hơn mức cần thiết. Nâng ngưỡng tức thời quá cao có thể giúp hết nuisance trip, nhưng đổi lại vùng ngắn mạch thấp sẽ được phát hiện chậm hơn hoặc chuyển sang cấp bảo vệ khác. Vì vậy, cài đặt phải là điểm cân bằng giữa khả năng “ride-through” khi khởi động và tốc độ loại trừ sự cố.
Trong nhiều mạch động cơ, rơle quá tải chịu trách nhiệm bảo vệ quá tải của motor còn MCCB tập trung vào ngắn mạch và bảo vệ nhánh. Khi đó không nên ép dòng định mức của MCCB phải gần bằng chính xác dòng motor. MCCB có thể có cấp dòng cao hơn, miễn là lựa chọn đó nằm trong phạm vi phối hợp của bộ MCCB–contactor–rơle quá tải và vẫn bảo vệ được dây dẫn cùng thiết bị phía sau.
Ở cấu hình này, rơle quá tải thường được hiệu chỉnh quanh dòng làm việc của động cơ theo dữ liệu của bộ khởi động, còn MCCB được kiểm tra chủ yếu theo khả năng chịu dòng khởi động, ngưỡng ngắn mạch và bảng phối hợp. Hai thiết bị có nhiệm vụ khác nhau; dùng một giá trị ampere để thay cho toàn bộ logic phối hợp sẽ dễ dẫn đến hoặc trip giả, hoặc vùng bảo vệ quá rộng.
Dòng tải và dòng khởi động không cho biết MCCB có cắt được sự cố ngắn mạch tại điểm lắp hay không. Cần có dòng ngắn mạch dự kiến Isc của hệ thống và so với khả năng cắt của MCCB tại đúng điện áp làm việc. Về nguyên tắc, Icu tại điện áp sử dụng phải không nhỏ hơn dòng ngắn mạch dự kiến cực đại mà MCCB có thể phải ngắt. Ics cần được xem thêm khi thiết kế yêu cầu thiết bị tiếp tục có khả năng phục vụ sau khi đã cắt sự cố ở mức tương ứng.
Đây là một kiểm tra độc lập. Một motor chỉ chạy 30 A vẫn có thể được cấp từ một thanh cái có dòng ngắn mạch hàng chục kA. Ngược lại, chọn MCCB có Icu rất cao không làm nó ít nhảy hơn khi motor khởi động, vì nuisance trip phụ thuộc chủ yếu vào trip unit và đường cong tác động.
Trước khi chốt mã MCCB, nên kiểm tra cùng lúc điện áp định mức, số cực, dải Ir, dải hoặc giá trị Ii/Im, đường cong thời gian–dòng, Icu/Ics, khả năng tải của dây dẫn và dữ liệu phối hợp với contactor/rơle quá tải. Nếu nhà sản xuất có bảng phối hợp cho đúng kiểu khởi động và cấp ngắn mạch, bảng đó có giá trị hơn việc ghép các thiết bị chỉ theo ampere riêng lẻ.
Giả sử động cơ ba pha 15 kW, 400 V, hiệu suất 0,90 và cosφ = 0,85. Dòng tính sơ bộ là khoảng 28,3 A; giả sử nameplate xác nhận dòng định mức khoảng 29 A. Động cơ khởi động trực tiếp, và dữ liệu khởi động của trường hợp giả định cho biết dòng ban đầu khoảng 6 × Iđm, tức khoảng 174 A, với thời gian tăng tốc khoảng 4 giây.
Bước đầu không nên chốt ngay “MCCB 40 A”. Thay vào đó, chọn một frame có dải cài đặt phù hợp quanh 29 A nếu MCCB chịu trách nhiệm quá tải, hoặc một frame nằm trong bảng phối hợp nếu rơle quá tải đảm nhiệm chức năng này. Một frame 40 A chỉ là ứng viên khi dải chỉnh thực tế của trip unit và điều kiện nhiệt cho phép.
Tiếp theo, đặt điểm (174 A, 4 s) lên đường cong của MCCB ứng viên. Nếu đường cong cho thấy thiết bị có thể tác động trước 4 giây ở vùng này, ứng viên phải bị loại hoặc cần một trip unit/cấu hình khác; việc chỉ tăng Ir tùy tiện không phải cách sửa mặc định. Đồng thời kiểm tra Ii/Im cao hơn đỉnh khởi động đã xác minh. Ví dụ, nếu một ứng viên có ngưỡng tức thời cố định chỉ 200 A thì khoảng cách so với 174 A quá hẹp để kết luận an toàn khi chưa biết đỉnh xung và dung sai; một ngưỡng cao hơn có thể phù hợp hơn, nhưng vẫn phải được kiểm tra với yêu cầu loại trừ ngắn mạch.
Cuối cùng, giả sử tính toán hệ thống cho Isc = 18 kA tại tủ. MCCB phải có khả năng cắt phù hợp tại 400 V và toàn bộ bộ khởi động phải thỏa yêu cầu phối hợp tương ứng. Như vậy, kết quả của ví dụ không phải là một mã “40 A” cố định, mà là tập điều kiện: mang liên tục khoảng 29 A, không trip tại đặc tính khởi động 174 A trong 4 giây và đỉnh đóng điện, đồng thời đủ khả năng cắt tại điểm có Isc = 18 kA. Đó mới là cách chuyển dòng tải và dòng khởi động thành quyết định chọn MCCB.
Cách chọn MCCB cho động cơ nên bắt đầu từ dòng định mức trên nameplate, nhưng không dừng ở việc chọn một cấp ampere lớn hơn dòng motor. Sau khi xác định dòng tải, phải dùng dữ liệu dòng khởi động và thời gian khởi động để kiểm tra đường cong tác động, đặc biệt là vùng lâu dài/ngắn hạn và ngưỡng Ii/Im. Tiếp đó, xác định MCCB có tự bảo vệ quá tải hay phối hợp với rơle quá tải riêng, rồi mới kiểm tra Icu/Ics theo dòng ngắn mạch tại điểm lắp.
Nếu chỉ nhớ một nguyên tắc, hãy dùng nguyên tắc này: dòng tải quyết định yêu cầu mang dòng, dòng khởi động quyết định MCCB có vượt qua quá trình mở máy hay không, còn dòng ngắn mạch quyết định khả năng cắt. Chỉ khi cả ba điều kiện cùng đạt mới có thể coi MCCB là phù hợp cho động cơ đó.
